新式液清洗设施外带气解化变革技艺简析

内容导读：液氮洗系统流程简由于冷箱保温不良、换热器E503热端复热不足损失以及深冷CO馏分泵产生热量等因素，系统冷量损失不可避免，主要由塔底馏分节流及配氮膨胀（由界区输入压力5.0MPa膨胀至合成气中氮气的分压1.6MPa左右）产生的焦耳汤姆逊效应进行补偿，不足部分由空分装置外补液氮提供。
　　
　　由设计流程可见，液氮洗装置原设计目的为：（1）净化工艺气，除去残余CO、Ar、CH4，防止氨合成催化剂中毒并去除惰气；（2）配入适量氮气，达到合成氨反应化学计量比。
　　
　　改造方案的提出与计算通过对原装置的研究，可以发现氮洗塔顶部工艺气中氢浓度较高，达到90%以上。但这部分气体的温度为-191，在E504A/B中复热的同时配入了氮，无法在冷箱速冻冷库外得到高纯度的氢气。
　　
　　有没有可能把换热器E504中配入的氮气改为全量或部分在经换热器E504、E503复热后再配入呢如果可行，即可在冷箱外热配氮前得到纯度大于75%的氢气。从物料平衡角度考虑，该方案没有任何问题。但液氮洗装置冷损由低温氮配氮膨胀补偿，减少低温配氮量势必减少这部分节流制冷效应，其对装置冷平衡和换热器的影响程度必须首先进行理论模拟计算。
　　
　　计算分为2个步骤：（1）根据设计组份数据，选取各物系的状态方程，建立液氮洗装置换热系统数学模型。采用林德原设计参数，对模型进行校核。在校核通过后，输入现场运行工况参数，反校核换热器的有关系数。（2）假定输出氢气纯度分别为80%、82%、84%，改变配氮流量分配，相应改变了换热器E503、E504中相关通道中介质的流量、组份。根据校核通过的数学模型，对换热器山口锅炉进行计算，得出对数平均温差。
　　
　　约束条件：
　　
　　（1）去甲醇洗脱碳单元复热的合成气（中物流10）流量不变；
　　
　　（2）输入系统各物料工艺参数不变；
　　
　　（3）换热器热端温差基本不变，设计在3左右。利用HYSYS工艺模拟软件进行计算。
　　
　　由于在E504A/B中合成气侧中途配氮，断面物流特性发生变化，为简化计算需要，流程模拟时将E504分为2段（分别称为冷段、热段），合成气通道中增加1个三通混合元件。
　　
　　计算结果：
　　
　　（1）林德原设计核算，模型基本吻合。计算中设E504热端温度为未知1，求得-63.5，林德设计值-62.97.设E503热端温度为未知2，求得30，林德设计值30.计算E504冷段对数平均温度差为2.272，热段对数平均温差5.838，E503对数平均温差5.849.
　　
　　（2）对实际运行工况的核算，原设计中的外补液氮量为600m3/h（标态），而实际运行值为200m3/h（标态）左右。计算中同样设E504热端温度为未知1，求得-62.52，林德设计值-62.97.设E503热端温度为未知2，求得30，林德设计值30.计算E504冷段的对数平均温差为1.606，热段对数平均温差4.929，E503对数平均温差4.278.由计算可知，E503有较大设计余量，实际运行中使得换热温差缩小，不可逆损失减小，液氮需求下降。
　　
　　（3）在改造工况中，通过对液氮量的调整，可补偿减少冷配氮量后的冷量不足，换热器长度方向各点温差均在正常范围内。因此增大外补液氮量，可减少冷配氮量，从而提高出装置氢气纯度，如所示。
　　
　　改造及投用根据计算，确立的改造方案如中虚线所示：增设冷箱外配氮管线及调节阀，在甲醇洗装置复热后的合成气管线上取出氢气。此方案的优点突出：改动极为简单，外送氢纯度、气量均可灵活调整，不对原装置生产系统产生任何影响，如不需外送氢气，只需将新增阀门关闭，冷配氮按原设计操作即可。
　　
　　投用步骤：
　　
　　（1）送氢：管线用氮气置换合格；氮气均压，稍开切断阀，开远控送氢阀，此时氢气的纯度为75%；
　　
　　（2）配氮：开热配氮远控阀前、后切断阀；逐步关小冷配氮阀，提高送H2纯度；同时相应开热配氮远控阀，调整合成气的氢氮比，保证合成氨反应的要求；视E503、E504A/B温差及原料气入塔温度，相应调整补液氮量。

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